YazarPhysicist
-
295Okuma Süresi: Bu yazıyı " 4 " dakikada okuyabiliriniz.
Nötron yıldızlarını birleştirmek: Kozmik olaylar, maddenin temel özelliklerine nasıl bir içgörü kazandırır?
İki birleşen nötron yıldızının kütleçekim dalgalarını ölçme fırsatı maddenin yapısı hakkındaki bazı temel sorulara cevap verebilir. Birleşmedeki aşırı yüksek sıcaklık ve yoğunluklarda, bilim adamları nötronların oluşturucu kuarklar ve gluonlar içinde çözündüğü bir faz geçişi tahmin etmişlerdir. Fiziksel İnceleme Mektupları’nın mevcut sayısında, iki uluslararası araştırma grubu, yerçekimi dalgasında böyle bir faz geçişinin imzasının nasıl olacağını hesaplamaları üzerine rapor veriyorlar.
Maddenin en küçük yapı taşları olan kuarklar, doğada asla tek başına görünmezler. Proton ve nötronların içine daima sıkıca bağlanırlar. Bununla birlikte, güneş kadar ağır olan, ancak sadece Frankfurt gibi bir şehir büyüklüğünde olan nötron yıldızları bir çekirdeğe sahip olduğundan, nötron maddesinden kuark maddesine geçiş gerçekleşebileceği için yoğunlaşmıştır. Fizikçiler bu süreci sudaki sıvı-buhar geçişine benzer bir faz geçişi olarak adlandırırlar. Özellikle, böyle bir faz geçişi, prensip olarak, nötron yıldızlarının birleştirilmesi, atom çekirdeğininkinden daha yüksek yoğunluklara ve güneşin çekirdeğinden 10,000 kat daha yüksek sıcaklıklara sahip çok büyük bir meta-stabil nesne oluşturduğunda mümkündür.
Nötron yıldızlarının birleştirilmesiyle yayılan yerçekimi dalgalarının ölçümü, uzayda olası faz geçişlerinin habercisi olarak görev yapabilir. Faz geçişi, yerçekimi dalga sinyalinde karakteristik bir imza bırakmalıdır. Frankfurt, Darmstadt ve Ohio (Goethe Üniversitesi / FIAS / GSI / Kent Üniversitesi) ile Darmstadt ve Wroclaw’dan (GSI / Wroclaw Üniversitesi) araştırma grupları, bu imzanın nasıl görünebileceğini hesaplamak için modern süper bilgisayarları kullandı. Bu amaçla, faz geçişinin çoklu teorik modellerini kullandılar.
Gerçek bir birleşmeden sonra bir faz geçişi olması durumunda, birleştirilen nesne boyunca az miktarda kuarklar yavaş yavaş görünecektir. “Einstein denklemlerinin yardımıyla, ilk defa yapıdaki bu ince değişimin, yerçekimi dalga sinyalinde, yeni oluşan masif nötron yıldızı, bir kara delik oluşturmak için kendi ağırlığı altında çökene kadar bir sapma üreteceğini gösterebildik. “diye açıklıyor Goethe Üniversitesi’ndeki teorik astrofizik profesörü Luciano Rezzolla.
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung’dan Dr. Andreas Bauswein’in bilgisayar modellerinde Darmstadt’ta bir faz geçişi zaten birleştikten hemen sonra başlıyor – merkezi nesnenin iç kısmında kuark maddesinin çekirdeği. Bauswein, “Bu durumda, yerçekimi dalga sinyali frekansında belirgin bir kayma olacağını göstermeyi başardık,” diyor. “Böylece, gelecekte nötron yıldızı birleşmelerinin yerçekimi dalgalarında bir faz geçişi için ölçülebilir bir kriter belirledik.”
Yerçekimi dalgası sinyalinin tüm detayları henüz mevcut dedektörlerle ölçülemez. Ancak, hem yeni nesil dedektörlerle hem de bize yakın olan bir birleşme olayında gözlemlenebilir hale gelecektir. Kuark maddesiyle ilgili soruları cevaplamak için tamamlayıcı bir yaklaşım iki deneyle sunulmaktadır: GSI’deki mevcut HADES kurulumunda ve şu anda yapım aşamasında olan Antiproton ve İyon Araştırmaları Tesisindeki (FAIR) CBM dedektöründeki ağır iyonları çarpıştırarak GSI’de, sıkıştırılmış nükleer madde üretilecektir. Çarpışmalarda, bir nötron yıldız birleşmesindekine benzer sıcaklıklar ve yoğunluklar oluşturmak mümkün olabilir. Her iki yöntem de nükleer maddede faz geçişlerinin oluşumu ve dolayısıyla temel özelliklerine dair yeni bilgiler vermektedir.